DE102011080894A1 - Sensor module for measuring and / or monitoring parameters of media flowing in pipelines and measuring system formed therewith - Google Patents
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Abstract
Das Sensor-Modul (S) dient dem Erfassen wenigstens eines Parameters, wie etwa einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate, eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids (FS) und umfaßt dafür einen in einem Lumen der Rohrleitung plazierten Grundkörper (GS) mit einem sich darin von einer Einlaßöffnung (ES) bis zu einer davon entfernten Auslaßöffnung (AS) erstreckenden, mithin mit dem Lumen der Rohrleitung kommunizierenden Strömungspfad (KS) zum Führen eines vom in der Rohrleitung strömenden Fluid abgezweigten Fluid-Teilvolumens (FS') sowie ein am Strömungspfad angeordnetes Wandlerelement (WS) zum Erzeugen wenigstens eines vom im Strömungspfad geführten Fluid beeinflußten Sensorsignals. Der Strömungspfad weist einen in die Einlaßöffnung mündenden Einlaufbereich (EK), einen in die Auslaßöffnung mündenden Auslaufbereich (AK) sowie einen mit dem Einlaufbereich und dem Auslaufbereich kommunizierenden geraden Zwischenbereich (ZK) auf. Beim erfindungsgemäßen Sensor-Modul ist der Strömungspfad zudem so ausgebildet, daß eine gedachte Mittelachse (LZ) des Zwischenbereichs nicht-parallel zu einer gedachten Mittelachse des Einlaufbereichs (LE) und/oder nicht-parallel zu einer gedachten Mittelachse des Auslaufbereichs (LA) ist.The sensor module (S) serves to detect at least one parameter, such as a flow rate and / or a volumetric flow rate, of a fluid (FS) flowing in a pipeline and for this purpose comprises a main body (GS) placed in a lumen of the pipeline in it from an inlet opening (ES) to an outlet opening (AS) extending therefrom, thus communicating with the lumen of the pipeline flow path (KS) for guiding a branched from the fluid flowing in the fluid partial fluid volume (FS ') and at the flow path arranged transducer element (WS) for generating at least one of the guided in the flow path fluid sensor signal. The flow path has an inlet region (EK) which opens into the inlet opening, an outlet region (AK) which opens into the outlet opening, and a straight intermediate region (ZK) which communicates with the inlet region and the outlet region. In the case of the sensor module according to the invention, the flow path is also designed so that an imaginary central axis (LZ) of the intermediate region is not parallel to an imaginary central axis of the inlet region (LE) and / or non-parallel to an imaginary central axis of the outlet region (LA).
Description
Die Erfindung betrifft ein von außen in eine Rohrleitung einsteckbarers Sensor-Modul zum Erfassen wenigstens eines Parameters, insb. einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate, eines in nämlicher Rohrleitung strömenden Fluids. Ferner betrifft die Erfindung ein mit einem solchen Sensor-Modul gebildetes Meßsystem zum Ermitteln wenigstens eines Parameters, insb. einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate, eines strömenden Fluids.The invention relates to a einsteckbarers from the outside sensor module for detecting at least one parameter, esp. A flow rate and / or a Volumendurchflußrate, a fluid flowing in nämlicher pipeline fluid. Furthermore, the invention relates to a measuring system formed with such a sensor module for determining at least one parameter, esp. A flow rate and / or a volumetric flow rate, a flowing fluid.
In der Prozeßmeß- und Automatisierungstechnik werden für die Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von in Rohrleitungen strömenden Fluiden, insb. schnellströmenden und/oder heißen Gasen und/oder Fluidströmen von hoher Reynoldszahl (Re), bzw. von mit der Strömungsgeschwindigkeit (u) korrespondierenden Volumen- oder Massen-Durchflußraten oftmals als Vortex- oder auch Wirbel-Durchflußmeßgeräte ausgebildete Meßsysteme verwendet. Beispiele für solche Meßsysteme sind u. a. aus der
Für Rohrleitungen mit großer Nennweite, nämlich DN 100 (Innen-Durchmesser = 100 mm) oder größer, werden wegen der ansonsten sehr aufwendigen Staukörper häufig sogenannte ”Insertion-type”-Wirbel-Durchflußmeßgeräte verwendet, nämlich Meßsysteme der vorgenannten Art, bei denen, wie beispielsweise auch in den bereits erwähnten
Um bei solchen, zumeist noch mehr auf ungestörte und stationäre, mithin weitegehend determinierten Strömungsprofile angewiesenen Meßsysteme auch bei möglichst kurzer Vorlaufstrecke eine zufriedenstellende Meßgenauigkeit erreichen zu können, ist bei deren jeweiligem Sensor-Modul gelegentlich zusätzlich ein Strömungskonditionierer integriert, etwa inform einer einen definierten Strömungspfad bereitstellenden geraden Röhre mit einem im Vergleich zur Rohrleitung kleineren Kaliber, welche Röhre mit der Rohrleitung fluchtet, wobei der Staukörper zusammen mit dem Wandlerelement im Lumen der Röhre plaziert sind.In order to be able to achieve a satisfactory measuring accuracy in such, usually even more undisturbed and stationary, thus largely determined flow profiles instructed measuring systems with their respective sensor module occasionally in addition a flow conditioner is integrated, about informing a defined flow path providing Straight tube with a smaller compared to the pipe caliber, which tube is aligned with the pipe, the baffle are placed together with the transducer element in the lumen of the tube.
Ein Nachteil von herkömmlichen ”Insertion-type”-Wirbel-Durchflußmeßgeräten ist insoweit darin zusehen, daß wegen der angestrebten kurzen Vorlaufstrecke einerseits und der durch die zumeist Standardabmaße aufweisende Bohrung anderseits stets ein Kompromiß zwischen der Effektivität des Strömungskonditionierers bzw. den diese beeinflussenden, nicht zuletzt aber durch die Bohrung vorgegebenen Einbaumaßen des Sensor-Moduls und der für das mittels des jeweiligen Sensor-Moduls gebildeten Durchflußmeßgerät tatsächliche erreichbarer Meßgenauigkeit eingegangen werden muß.A disadvantage of conventional "insertion-type" vortex flowmeters is the fact that because of the desired short flow path on the one hand and the mostly standard dimensions having bore on the other hand, always a compromise between the effectiveness of the flow conditioner or this influencing, but not least given by the hole installation dimensions of the sensor module and the actual flowable measuring device for the means of the respective sensor module flow rate must be received.
Ausgehend vom oben genannten Stand der Technik besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, den Aufbau von Sensor-Modulen für ”Insertion-type”-Durchflußmeßgeräten, insb. auch für ”Insertion-type”-Wirbel-Durchflußmeßgeräten und/oder für Rohrleitung mit Nennweiten von mehr als 100 mm, dahingehend zu verbessern, daß damit auch bei kurzen Vorlaufstrecken von kleiner als einem 10-fachen der Nennweite der Rohrleitung Meßwerte für Strömungsgeschwindigkeiten bzw. für Volumen- oder Masse-Durchflußraten über einen möglichst großen Meßbereich gut reproduzierbar mit einer Meßgenauigkeit von über 99% bzw. einem Meßfehler von weniger als 1% erzielt werden kann.Based on the above-mentioned prior art, an object of the invention is the construction of sensor modules for "insertion-type" flowmeters, esp. Also for "insertion-type" vortex flowmeters and / or for piping with nominal diameters of more than 100 mm, to improve to the effect that even with short flow paths of less than a 10 times the nominal diameter of the pipeline measured values for flow rates or for volume or mass flow rates over the largest possible range well reproducible with a measurement accuracy of about 99% or a measurement error of less than 1% can be achieved.
Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem Sensor-Modul zum Erfassen wenigstens eines Parameters, beispielsweise einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate, eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids. Das erfindungsgemäße Sensor-Modul umfaßt einen in einem Lumen der Rohrleitung plazierten, beispielsweise prismatoiden (nämlich von der Form eines Prismatoids) oder zylindrischen, Grundkörper mit einem sich darin von einer Einlaßöffnung bis zu einer davon entfernten Auslaßöffnung erstreckenden, mithin mit dem Lumen der Rohrleitung kommunizierenden Strömungspfad zum Führen eines vom in der Rohrleitung strömenden Fluid abgezweigten Fluid-Teilvolumens sowie ein am Strömungspfad angeordnetes, beispielsweise in diesen zumindest teilweise hineinragendes, Wandlerelement zum Erzeugen wenigstens eines vom im Strömungspfad geführten Fluid beeinflußten Sensorsignals. Der Strömungspfad des erfindungsgemäßen Sensor-Moduls weist einen in die Einlaßöffnung mündenden, beispielsweise ein kreiszylindrisches Lumen aufweisendes, Einlaufbereich, einen in die Auslaßöffnung mündenden, beispielsweise ein kreiszylindrisches Lumen aufweisendes, Auslaufbereich sowie einen mit dem Einlaufbereich und dem Auslaufbereich kommunizierenden geraden, beispielsweise ein kreiszylindrisches Lumen aufweisendes, Zwischenbereich auf, und ist so ausgebildet, daß eine gedachte Mittelachse des Zwischenbereichs nicht-parallel, beispielsweise senkrecht, zu einer gedachten Mittelachse des Einlaufbereichs und/oder nicht-parallel, beispielsweise senkrecht, zu einer gedachten Mittelachse des Auslaufbereichs ist.To achieve the object, the invention consists in a sensor module for detecting at least one parameter, for example a flow rate and / or a volumetric flow rate, of a fluid flowing in a pipeline. The sensor module according to the invention comprises a, for example, prismatic (namely of the form of a prismatoid) or cylindrical body placed in a lumen of the tubing, having a body communicating therewith from an inlet port to an outlet port remote therefrom, thus communicating with the lumen of the tubing Flow path for guiding a branched from the fluid flowing in the fluid fluid partial volume and arranged on the flow path, for example, at least partially projecting in this transducer element for generating at least one of the guided in the flow path fluid sensor signal. The flow path of the sensor module according to the invention has an opening into the inlet opening, for example, a circular cylindrical lumen exhibiting inlet area, an opening into the outlet opening, for example, a circular cylindrical Lumen exhibiting outlet area and communicating with the inlet area and the outlet area straight, for example, a circular cylindrical lumen having, intermediate region, and is formed so that an imaginary central axis of the intermediate portion is non-parallel, for example perpendicular to an imaginary center axis of the inlet region and / or non-parallel, for example perpendicular to an imaginary central axis of the outlet region.
Nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Strömungspfad einen größten Innen-Durchmesser aufweist, der kleiner als ein kleinster Innen-Durchmesser der Rohrleitung ist. Dies im besonderen derart, daß ein Durchmesserverhältnis, definiert durch ein Verhältnis des größten Innen-Durchmessers des Strömungspfads zum kleinsten Innen-Durchmesser der Rohrleitung kleiner als 0.2, beispielsweise kleiner als 0.1 ist.According to a first embodiment of the invention it is further provided that the flow path has a largest inner diameter which is smaller than a smallest inner diameter of the pipeline. In particular, such that a diameter ratio defined by a ratio of the largest inner diameter of the flow path to the smallest inner diameter of the pipeline is less than 0.2, for example less than 0.1.
Nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die gedachte Mittelachse des Einlaufbereichs parallel zur gedachten Mittelachse des Auslaufbereichs ist.According to a second embodiment of the invention it is further provided that the imaginary center axis of the inlet region is parallel to the imaginary central axis of the outlet region.
Nach einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die gedachte Mittelachse des Einlaufbereichs nicht-parallel, beispielsweise senkrecht, zur gedachten Mittelachse des Auslaufbereichs verläuft.According to a third embodiment of the invention it is further provided that the imaginary central axis of the inlet region non-parallel, for example perpendicular, extends to the imaginary central axis of the outlet region.
Nach einer vierten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Einlaufbereich trichterförmig ist.According to a fourth embodiment of the invention it is further provided that the inlet region is funnel-shaped.
Nach einer fünften Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß der Auslaufbereich trichterförmig ist.According to a fifth embodiment of the invention it is further provided that the outlet region is funnel-shaped.
Nach einer sechsten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß die Einlaßöffnung auf einer, beispielsweise vom Fluid senkrecht angeströmten und/oder als Prallfläche für anströmendes Fluid wirkenden, ersten Seite des Grundkörpers plaziert ist, und wobei die Auslaßöffnung auf einer relativ zu nämlicher erster Seite stromabwärts angeordneten zweiten Seite des Grundkörpers plaziert ist.According to a sixth embodiment of the invention it is further provided that the inlet opening is placed on a, for example, the fluid flowed perpendicularly and / or acting as a baffle for inflowing fluid, the first side of the body, and wherein the outlet opening on a relative to nämlicher first side downstream arranged second side of the base body is placed.
Nach einer siebenten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß ein das den Grundkörper aufnehmenden Lumen umgebender Rohrleitungsabschnitt kreiszylindrisch ist und/oder mittels eines geraden Rohres gebildet ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß eine die gedachte Mittelachse des Auslaufbereichs parallel zur gedachten Mittelachse nämlichen Rohrleitungsabschnitts ist. Der Strömungspfad kann aber, falls erforderlich, auch so ausgebildet sein, daß die gedachte Mittelachse des Auslaufbereichs nicht-parallel, beispielsweise auch senkrecht, zur gedachten Mittelachse nämlichen Rohrleitungsabschnitts verläuft. Alternativ oder in Ergänzung kann der Strömungspfad beispielsweise auch so ausgebildet sein, daß gedachte Mittelachse des Zwischenbereichs des Strömungspfads nicht-parallel, beispielsweise senkrecht, zu einer gedachten Mittelachse des nämlichen Rohrleitungsabschnitts ist.According to a seventh embodiment of the invention, it is further provided that a pipe section surrounding the lumen of the main body is circular cylindrical and / or is formed by means of a straight pipe. This embodiment of the invention further provides that a the imaginary center axis of the outlet area parallel to the imaginary center axis is the same pipe section. However, if necessary, the flow path can also be designed such that the imaginary central axis of the outlet region runs non-parallel, for example also perpendicular, to the imaginary central axis of the same pipe section. Alternatively or in addition, the flow path may for example also be designed such that the imaginary central axis of the intermediate region of the Flow path is non-parallel, for example, perpendicular to an imaginary center axis of the same pipe section.
Nach einer achten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß ein das den Grundkörper aufnehmenden Lumen umgebender Rohrleitungsabschnitt kreiszylindrisch ist und/oder mittels eines geraden Rohres gebildet ist und daß eine gedachte Mittelachse des Zwischenbereichs des Strömungspfads nicht-parallel, beispielsweise senkrecht, zu einer gedachten Mittelachse des nämlichen Rohrleitungsabschnitts ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung weiterbildend ist ferner vorgesehen, daß die Einlaßöffnung einen radialen Abstand zur gedachten Mittelachse nämlichen Rohrleitungsabschnitts aufweist, der von einem radialen Abstand, den die Auslaßöffnung zur gedachten Mittelachse nämlichen Rohrleitungsabschnitts aufweist, verschieden ist; dies z. B. auch in der Weise, daß die Einlaßöffnung einen radialen Abstand zur gedachten Mittelachse nämlichen Rohrleitungsabschnitts aufweist, der kleiner ist als ein radialer Abstand, den die Auslaßöffnung zur gedachten Mittelachse nämlichen Rohrleitungsabschnitts aufweist; und/oder daß die gedachte Mittelachse des Einlaufbereichs parallel zur gedachten Mittelachse nämlichen Rohrleitungsabschnitts ist.According to an eighth embodiment of the invention, it is further provided that a pipe section surrounding the main body lumen is circular cylindrical and / or formed by a straight tube and that an imaginary center axis of the intermediate portion of the flow path non-parallel, for example perpendicular, to an imaginary central axis of the same pipe section is. This embodiment of the invention further provides that the inlet opening has a radial distance to the imaginary central axis of the same pipe section, which is different from a radial distance, the outlet opening to the imaginary central axis nämlichen pipe section; this z. B. also in such a way that the inlet opening has a radial distance to the imaginary center axis of the same pipe section, which is smaller than a radial distance, the outlet opening to the imaginary center axis has the same pipe section; and / or that the imaginary central axis of the inlet region is parallel to the imaginary central axis of the same pipe section.
Nach einer neunten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß im Strömungspfad, beispielsweise in dessen Zwischenbereich, ein Staukörper zum Erzeugen von, beispielsweise zu einer Karman'schen Wirbelstrasse aufgereihten, Wirbeln innerhalb des im Strömungspfad geführten Fluids plaziert ist.According to a ninth embodiment of the invention it is further provided that in the flow path, for example in the intermediate region, a bluff body for generating, for example, to a Karman vortex street lined up vortex within the guided in the flow path fluid is placed.
Nach einer zehnten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Wandlerelement ein Sensorsignal liefert, das mit einem innerhalb des im Strömungspfad geführten Fluids herrschenden, beispielsweise veränderlichen und/oder zumindest zeitweise periodischen Schwankungen unterworfenen und/oder statischen, Druck korrespondiert, beispielsweise derart, daß eine Signalfrequenz des Sensorsignals mit einer Frequenz periodischer Schwankungen eines Drucks korrespondiert.According to a tenth embodiment of the invention, it is further provided that the transducer element provides a sensor signal corresponding to a pressure within the flow path, eg variable and / or at least occasionally periodic and / or static, for example such that a signal frequency of the sensor signal corresponds to a frequency of periodic fluctuations of a pressure.
Nach einer elften Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Wandlerelement am Zwischenbereich des Strömungspfades angeordnet ist, beispielsweise derart daß es in diesen zumindest teilweise hineinragt.According to an eleventh embodiment of the invention it is further provided that the transducer element is arranged at the intermediate region of the flow path, for example in such a way that it projects at least partially into it.
Nach einer zwölften Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Wandlerelement ein Sensorsignal liefert, das mit einer Innerhalb des im Strömungspfad geführten Fluids herrschenden Temperatur korrespondiert.According to a twelfth embodiment of the invention, it is further provided that the transducer element supplies a sensor signal which corresponds to a temperature prevailing within the fluid conveyed in the flow path.
Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist umfaßt das Sensor-Modul weiters ein Heizelement zum Eintragen von Wärme in das im Strömungspfad geführte Fluid.According to a first development of the invention, the sensor module further comprises a heating element for introducing heat into the fluid guided in the flow path.
Nach einer zweiten Weiterbildung der Erfindung ist umfaßt das Sensor-Modul weiters eine an der Rohrleitung, beispielsweise wieder lösbar, fixierte, beispielsweise kreiszylindrische, Hülse zum Haltern des innerhalb des Lumens plazierten Grundkörpers und/oder zum Aufnehmen von an das Wandlerelement angeschlossenen Anschlußleitungen.According to a second embodiment of the invention, the sensor module further includes a on the pipe, for example, releasably fixed, for example, circular cylindrical sleeve for holding the body placed within the lumen and / or for receiving connecting cables connected to the transducer element.
Darüberhinaus besteht die Erfindung in einem Meßsystem zum Ermitteln wenigstens eines Parameters, beispielsweise einer Strömungsgeschwindigkeit und/oder einer Volumendurchflußrate, eines in einer Rohrleitung strömenden Fluids, welches Meßsystem eines der vorbeschriebenen, erfindungsgemäßen Sensor-Module sowie ein Elektronik-Modul mit einem Elektronik-Gehäuse und einer darin untergebrachten, beispielsweise via Anschlußleitungen mit dem Wandlerelement elektrisch verbundenen, Umformer-Elektronik zum Verarbeiten des wenigstens einen vom Wandlerelement erzeugten Sensorsignals umfaßt. Im besonderen ist die mit dem Wandlerelement elektrisch gekoppelte Umformer-Elektronik ferner dafür eingerichtet ist, mittels dessen wenigstens einen Sensorsignals wenigstens einen den Parameter repräsentierenden Meßwert zu generieren.Moreover, the invention consists in a measuring system for determining at least one parameter, for example a flow rate and / or a volumetric flow rate, of a fluid flowing in a pipeline, which measuring system of the above-described sensor modules according to the invention and an electronics module with an electronics housing and a transformer housed therein, for example, via leads electrically connected to the transducer element, converter electronics for processing the at least one sensor signal generated by the transducer element comprises. In particular, the converter electronics electrically coupled to the transducer element is further adapted to generate by means of which at least one sensor signal at least one measured value representing the parameter.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, ein Sensor-Modul für ”Insertion-type”-Durchflußmeßgeräte, insb. auch ”Insertion-type”-Wirbel-Durchflußmeßgeräte, bereitzustellen, bei dem dem Wandlerelement, bezogen auf den Durchmesser bzw. den Strömungsquerschnitt des Strömungspfades, eine relativ große Vorlaufstrecke angeboten werden kann, ohne dadurch die Einbaumaße des Sensor-Moduls in Richtung der Mittelachse der das zu messende Fluid führenden Rohrleitung nennenswert vergrößern zu müssen. Dies wird dadurch erreicht, daß der Zwischenbereich des Strömungspfades senkrecht zur Mittelachse, mithin in Einschubrichtung des von außen in die Rohrleitung eingeführten Sensor-Moduls ausgerichtet ist, so daß fast die gesamte Länge des Grundkörpers des Sensor-Moduls (abzüglich der für die Bildung des Strömungspfades erforderlichen bzw. konstruktions- und fertigungsbedingter Wandbereiche) für die Bildung des Zwischenbereichs des Strömungspfades genutzt werden kann.A basic idea of the invention is to provide a sensor module for "insertion-type" flowmeters, in particular "insertion-type" vortex flowmeters, in which the transducer element, based on the diameter or the flow cross-section of the flow path , a relatively large flow path can be offered without having to increase the installation dimensions of the sensor module in the direction of the central axis of the fluid to be measured leading pipeline significantly. This is achieved in that the intermediate portion of the flow path is aligned perpendicular to the central axis, thus in the insertion direction of the inserted into the outside of the pipe sensor module, so that almost the entire length of the main body of the sensor module (less that for the formation of the flow path required or construction-related and production-related wall areas) can be used for the formation of the intermediate region of the flow path.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Sensor-Modul, mithin eines damit gebildeten Meßsystems besteht ferner u. a. darin, daß dadurch auch mit in Richtung der Mittelachse der Rohrleitung, mithin in Strömungsrichtung gesehen relativ kurzen Grundkörpern und damit einhergehend mit Einschuböffnung von vergleichsweise kleinem Innen-Durchmesser eine erhebliche Verbesserung der Meßgenauigkeit von Meßsystemen der in Rede stehenden Art erzielt werden kann,An advantage of the sensor module according to the invention, thus a measuring system formed therewith is also u. a. in that thereby also in the direction of the central axis of the pipeline, thus viewed in the flow direction relatively short basic bodies and, consequently, with insertion opening of comparatively small inside diameter, a considerable improvement in the measuring accuracy of measuring systems of the type in question can be achieved
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen davon werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen; wenn es die Übersichtlichkeit erfordert oder es anderweitig sinnvoll erscheint, wird auf bereits erwähnte Bezugszeichen in nachfolgenden Figuren verzichtet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen oder Weiterbildungen, nicht zuletzt auch Kombinationen zunächst nur einzeln erläuterter Teilaspekte der Erfindung, ergeben sich ferner aus den Figuren der Zeichnung wie auch den abhängigen Ansprüchen an sich.The invention and further advantageous embodiments thereof are explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, which are illustrated in the figures of the drawing. Identical parts are provided in all figures with the same reference numerals; if it requires the clarity or it appears otherwise useful, is on already mentioned reference numerals omitted in subsequent figures. Further advantageous embodiments or developments, not least also combinations initially only individually explained aspects of the invention will become apparent from the figures of the drawing as well as the dependent claims per se.
Im einzelnen zeigen:In detail show:
In der
Das Sensor-Modul, von dem ein vergrößerter Ausschnitt in
Der Strömungspfad des Sensor-Moduls ist beim erfindungsgemäßen Sensor-Modul S, wie auch aus der Zusammenschau der
Das Sensor-Modul S des erfindungsgemäßen Meßsystems ist von außen durch eine in einer Rohrwand eines den Grundkörper aufnehmenden Rohrleitungsabschnitts RL der Rohleitung eingeformte – hier von einem Stutzen gefaßte – Einschuböffnung ERL hindurch in das Lumen der Rohrleitung eingeführt und im Bereich der Einschuböffnung – beispielsweise auch wieder lösbar – an der Rohrwand fixiert. Im besonderen ist der Grundkörper GS des Sensor-Moduls S kürzer als die Nennweite des dieses aufnehmenden Rohrleitungsabschnitts, insb. auch kürzer als die Hälfte nämlicher Nennweite, ausgebildet, mithin so im Lumen plaziert, das ein freies Ende des Sensor-Moduls S, mithin des Grundkörpers GS, von dem der Einschuböffnung diametral entgegensetzten Bereich der Rohrwand einen Abstand aufweist, beispielsweise so, daß nämlicher Abstand mehr als die Hälfte der Nennweite des Rohrleitungsabschnitts ist.The sensor module S of the measuring system according to the invention is introduced from the outside by a in a tube wall of the main body receiving pipe section RL of the pipe formed - here taken from a socket - insertion opening E RL through into the lumen of the pipeline and in the region of the insertion opening - for example detachable again - fixed to the pipe wall. In particular, the base body G S of the sensor module S is shorter than the nominal diameter of this receiving pipe section, esp. Also shorter than half of the nominal diameter, formed, thus placed in the lumen, which is a free end of the sensor module S, thus of the main body G S , of which the insertion opening diametrically opposite region of the tube wall has a distance, for example so that the same distance is more than half the nominal diameter of the pipe section.
Jener Rohrleitungsabschnitt RL der Rohrleitung, der das den Grundkörper G aufnehmende Lumen umgibt, sollte – nicht zuletzt zwecks Bereitstellung eines ausreichend stationären bzw. weitgehend ungestörten Strömungsprofils stromaufwärts des Sensor-Moduls – möglichst mittels eines über eine Länge von mehr als dem Doppelten der Nennweite der Rohrleitung hinweg gerade, mithin innen im wesentlichen kreiszylindrisch geformten Rohres gebildet sein. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper G so ausgebildet und so innerhalb des Rohrleitungsabschnitts RL plaziert, daß die Einlaßöffnung einen radialen Abstand zu einer gedachten Mittelachse LRL nämlichen Rohrleitungsabschnitts aufweist, der von einem radialen Abstand, den die Auslaßöffnung zur gedachten Mittelachse LRL nämlichen Rohrleitungsabschnitts aufweist, verschieden ist. Die Einlaßöffnung kann dabei beispielsweise einen radialen Abstand zur gedachten Mittelachse nämlichen Rohrleitungsabschnitts aufweisen, der kleiner ist als ein radialer Abstand, den die Auslaßöffnung zur gedachten Mittelachse LRL nämlichen Rohrleitungsabschnitts RL aufweist.That pipeline section RL of the pipeline which surrounds the lumen accommodating the main body G should, if possible in order to provide a sufficiently stationary or largely undisturbed flow profile upstream of the sensor module, if possible by means of a length of more than twice the nominal diameter of the pipeline straight, thus formed inside substantially circular cylindrical tube. According to a further embodiment of the invention, the base body G is formed and placed within the pipe section RL, that the inlet opening has a radial distance to an imaginary central axis L RL same pipe section, of a radial Distance that the outlet opening to the imaginary center axis L RL same pipe section has different. The inlet opening may, for example, have a radial distance to the imaginary central axis of the same pipe section, which is smaller than a radial distance, the outlet opening to the imaginary central axis L RL nämlichen pipe section RL has.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper GS ferner so ausgebildet und so relativ zur Rohrleitung ausgerichtet, daß eine gedachte Mittelachse LZ des Zwischenbereichs des Strömungspfads KS nicht-parallel, beispielsweise auch senkrecht, zur gedachten Mittelachse LRL des vorgenannten Rohrleitungsabschnitts ist; dies im besonderen auch so, daß die gedachte Mittelachse des Auslaufbereichs parallel zur gedachten Mittelachse LRL nämlichen Rohrleitungsabschnitts ist. Falls erforderlich kann nämliche gedachte Mittelachse LA des Auslaufbereichs aber auch nicht-parallel, beispielsweise auch senkrecht, zur gedachten Mittelachse nämlichen Rohrleitungsabschnitts verlaufen, mithin kann der Auslaufbereich im Bereich des erwähnten freien Endes des Sensor-Moduls in das Lumen der Rohrleitung münden. Alternativ oder in Ergänzung kann die gedachte Mittelachse des Einlaufbereichs, wie auch in der
Der Grundkörper ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ferner so im Lumen der Rohrleitung plaziert, daß die Einlauföffnung der Fluidströmung zugewandt ist. Beispielsweise kann die Einlaßöffnung auf einer vom Fluid senkrecht angeströmten und/oder als Prallfläche für anströmendes Fluid wirkenden ersten Seite des Grundkörpers plaziert sein.The main body is further placed according to a further advantageous embodiment in the lumen of the pipeline, that the inlet opening faces the fluid flow. For example, the inlet opening may be placed on a first side of the main body that flows vertically against the fluid and / or acts as a baffle for inflowing fluid.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Grundkörper ferner so plaziert, daß die Auslauföffnung bezüglich der Fluidströmung auf einer der Strömung abgewandten, beispielsweise also einer der ersten Seite mit der Einlauföffnung entgegengesetzten, mithin stromabwärts angeordneten zweiten, Seite des Grundkörpers angelegt ist. Ein- und Auslaufbereich können in vorteilhafter Weise dabei auch so ausgebildet sein, daß die gedachte Mittelachse des Einlaufbereichs parallel zur gedachten Mittelachse des Auslaufbereichs ist. Alternativ dazu können der Ein- und Auslaufbereich auch so zu einander ausgerichtet sein, beispielsweise für den erwähnten Fall, daß der Auslaufbereich im Bereich des freien Endes des Grundkörpers in das fluidführende Lumen mündet, daß die gedachte Mittelachse des Einlaufbereichs aber auch nicht-parallel, beispielsweise auch senkrecht, zur gedachten Mittelachse des Auslaufbereichs verläuft.According to a further embodiment of the invention, the base body is further placed so that the outlet opening with respect to the fluid flow on a side facing away from the flow, for example, one of the first side with the inlet opening opposite, thus downstream arranged second, side of the body is created. Inlet and outlet area can also be advantageously designed so that the imaginary center axis of the inlet area is parallel to the imaginary center axis of the outlet area. Alternatively, the inlet and outlet areas may also be aligned with each other, for example, for the mentioned case that the outlet region opens in the region of the free end of the body in the fluid-carrying lumen, that the imaginary center axis of the inlet region but also non-parallel, for example also perpendicular to the imaginary central axis of the outlet area.
Zum Erzeugen wenigstens eines vom im Strömungspfad strömenden Fluid beeinflußten Sensorsignals weist das Sensor-Modul ferner ein am Strömungspfades angeordnetes, hier nämlich auch in diesen zumindest teilweise hineinragendes, Wandlerelement WS auf. In besonders vorteilhafter Weise ist das Wandlerelement hierbei am Zwischenbereich des Strömungspfades angeordnet, beispielsweise also auch so, daß es in nämlichen Zwischenbereich zumindest teilweise hineinragt.For generating at least one sensor signal influenced by the fluid flowing in the flow path, the sensor module further has a transducer element W S arranged on the flow path, namely here also at least partially projecting into it. In a particularly advantageous manner, the transducer element is in this case arranged at the intermediate region of the flow path, for example, so that it protrudes at least partially into the same intermediate region.
Ferner umfaßt das in der
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Wandlerelement dafür eingerichtet, ein Sensorsignal zu liefern, das mit einem innerhalb des im Strömungspfad geführten Fluids herrschenden, beispielsweise auch veränderlichen und/oder zumindest zeitweise periodischen Schwankungen unterworfenen und/oder statischen, Druck korrespondiert. Nicht zuletzt für den vorgenannten Fall, daß ein innerhalb des im Strömungspfad geführten Fluids herrschender Druck periodischen Schwankungen unterworfen ist, ist das Wandlerelement im besonderen auch so ausgebildet, daß das davon gelieferte Sensorsignal eine Signalfrequenz aufweist, die mit einer Frequenz periodischer Schwankungen eines, beispielsweise auch statischen, Drucks korrespondiert. Alternativ oder in Ergänzung kann das Wandlerelement auch so ausgebildet sein, daß es ein Sensorsignal liefert, das mit einer innerhalb des im Strömungspfad geführten Fluids herrschenden Temperatur korrespondiert. Zwecks Eintragens von Wärme in das im Strömungspfad geführte Fluid zum Erzeugen eines definierten Wärmeflusses, mithin zum Bewirken eines mit einer Strömungsgeschwindigkeit des im Strömungspfad geführten korrespondierenden Temperaturgradienten – etwa bei Verwendung des Meßsystems als thermisches Massendurchfluß-Meßgerät – kann das Sensor-Modul ferner auch ein entsprechendes Heizelement umfassen.According to a further embodiment of the invention, the transducer element is adapted to provide a sensor signal which corresponds to a pressure prevailing within the fluid flow in the flow path, for example also variable and / or at least intermittently periodic fluctuations and / or static pressure. Not least for the aforementioned case that a pressure prevailing within the fluid in the flow path is subject to periodic fluctuations, the transducer element is also designed in such a way that the sensor signal supplied by it has a signal frequency which is at a frequency of periodic fluctuations of, for example static, pressure corresponds. Alternatively or in addition, the transducer element can also be designed such that it delivers a sensor signal which corresponds to a temperature prevailing within the fluid conveyed in the flow path. For the purpose of introducing heat into the fluid guided in the flow path for generating a defined heat flow, thus causing a corresponding with a flow velocity of the guided in the flow path corresponding temperature gradient - such as when using the measuring system as a thermal mass flow meter - the sensor module can also be a corresponding Include heating element.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das mittels Sensor- und Elektronik-Modul gebildete Meßsystem als ein Wirbel-Durchflußmeßgerät ausgebildet. Hierfür ist im Strömungspfad, nämlich stromaufwärts des Wandlerelements, ein Staukörper BS zum Erzeugen von Wirbeln innerhalb des im Strömungspfad geführten Fluids plaziert. Auch der Staukörper ist in vorteilhafter Weise im Zwischenbereich ZK des Strömungspfades KS angeordnet. Strömungspfad KS und Staukörper BS sind hierbei ferner so dimensioniert, daß die im Betrieb erzeugten Wirbel zumindest bei stationärer Strömung zu einer sogenannten Karman'schen Wirbelstrasse aufgereiht sind, nicht zuletzt auch in dem Bereich in dem auch das Wandlerelement WS angeordnet ist.According to a further embodiment of the invention, the measuring system formed by means of sensor and electronic module is designed as a vortex flowmeter. For this purpose, in the flow path, namely upstream of the transducer element, a baffle B s for generating vortices placed within the guided in the flow path fluid. Also, the bluff body is advantageously arranged in the intermediate region Z K of the flow path K S. Flow path K S and bluff B S are also dimensioned so that the vortices generated during operation are strung at least at steady flow to a so-called Karman vortex street, not least in the area in which the transducer element W S is arranged.
Zum Haltern des innerhalb des Lumens plazierten Grundkörpers umfaßt das Sensor-Modul nach einer Ausgestaltung der Erfindung ferner eine an der Rohrleitung fixierte, beispielsweise im wesentlichen kreiszylindrische, Hülse HS. Zudem können, wie auch in
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